基于數值模擬的冰水堆積物壓力拱范圍研究

張 勐 楊 彬

（1.四川省公路工程咨詢監理事務所有限責任公司，四川 成都 610041；2.中國公路工程咨詢集團有限公司成都分公司，四川 成都 610042）

0 引言

大量的試驗和工程實踐已經證明，軟弱破碎巖質隧道或堆積體隧道在埋深較小的情況下會發生整體貫穿性坍塌破壞[1]，而在埋深較大的情況下，洞周圍巖只會發生局部破壞，而不會無限制地向上發展，這說明圍巖有一定的自穩能力。

眾所周知，壓力拱并不是一條線性的拱[2]，而是有一定的范圍，在此范圍的圍巖形成了壓力拱。

根據以上分析，采用有限差分軟件FLAC3D對隧道開挖進行模擬。由于真實冰水堆積體隧道的復雜性，必須在模擬的過程中弱化甚至忽略一些次要因素，并做一定的假設，以便能更好地對壓力拱進行研究。

1 模型建立

通過理論和實踐分析表明，隧道開挖后的應力、應變僅在距洞室中心3倍~5倍洞跨的范圍內存在實際影響，故左、右邊界取3倍~5倍的開挖跨度[3]，模型尺寸大小采用100 m×1 m×60 m，邊墻高10 m，頂拱采用圓弧形，半徑5 m，如圖1所示。隧道拱頂埋深分別取10 m、15 m、20 m和25 m，以此計算在不同埋深下圍巖的應力變化，進而研究冰水堆積體壓力拱的形成。數值模型力學參數見表1。

圖1 FLAC數值模型

表1 數值模型力學參數表

2 堆積體隧道典型數值模擬結果分析

選擇隧道埋深為25 m的數值計算模型，通過數據處理后得到該條件下隧道開挖后的應力云圖，如圖2和圖3所示。

圖2 開挖后垂直應力云圖

圖3 開挖后水平應力云圖

從應力云圖可以看出，隧道開挖后應力發生了重分布，應力等值線不再水平延展，越靠近隧道，等值線變化越劇烈，應力集中現象較明顯，尤其是拱腳部位，應力值較大（即拱腳藍色區域）?！?br>